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水下航行器动力推进系统支承参数整体匹配优化设计研究

周晶昆 王中 周景军 王谦 张志民 耿小明

周晶昆, 王中, 周景军, 等. 水下航行器动力推进系统支承参数整体匹配优化设计研究[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0137
引用本文: 周晶昆, 王中, 周景军, 等. 水下航行器动力推进系统支承参数整体匹配优化设计研究[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0137
ZHOU Jingkun, WANG Zhong, ZHOU Jingjun, WANG Qian, ZHANG Zhimin, GENG Xiaoming. Research on Overall Matching Optimization Design of Supporting Parameters of the Power Propulsion System for Underwater Vehicles[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0137
Citation: ZHOU Jingkun, WANG Zhong, ZHOU Jingjun, WANG Qian, ZHANG Zhimin, GENG Xiaoming. Research on Overall Matching Optimization Design of Supporting Parameters of the Power Propulsion System for Underwater Vehicles[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0137

水下航行器动力推进系统支承参数整体匹配优化设计研究

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0137
详细信息
  • 中图分类号: TB535+.1; O59

Research on Overall Matching Optimization Design of Supporting Parameters of the Power Propulsion System for Underwater Vehicles

  • 摘要: 为验证整体匹配优化设计效果, 以某典型水下航行器动力推进系统仿真模型为例, 通过建立其有限元简化模型, 基于多目标遗传算法(Multi Objective Genetic Algorithm, MOGA), 选取联轴节与尾轴长度比、尾轴支承位置以及支承刚度作为参数变量, 以壳体上四处关键位置的振动能级作为目标函数, 分别进行参数变量单独优化与整体匹配优化。结果表明, 可通过调整联轴节与尾轴长度比、改变尾轴支承位置和支承刚度等措施来优化系统振动响应, 其中联轴节与尾轴长度比优化后的减振效果可达5.2 dB, 而整体匹配优化相比各参变量单独优化效果更为显著, 其振动能级落差可达9.2 dB。最终得出结论在动力推进系统支承参数优化过程中, 各参数之间可通过多目标遗传算法进行匹配优化, 可最大程度降低系统整体振动响应水平。整体匹配优化方法可为水下航行器动力推进系统的减振优化设计提供新的优化思路。

     

  • 图  1  水下航行器动力推进系统结构图

    Figure  1.  Structural diagram of power propulsion system of the underwater vehicle

    图  2  振动响应曲线网格收敛性验证

    Figure  2.  Verification of mesh convergence for vibration response curves

    图  3  轴系典型模态振型

    Figure  3.  Typical modal shapes of the shafting system

    图  4  各测点振动响应曲线

    Figure  4.  Vibration response curves of each measuring point

    图  5  多目标遗传算法优化流程图

    Figure  5.  Flow chart of the multi-objective genetic algorithm optimization

    表  1  网格收敛性验证

    Table  1.   Mesh convergence verification

    网格单元数均方根/(m·s−2)误差/%
    94 13123.92
    198 08623.372.33
    388 72623.390.10
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    表  2  联轴节与尾轴长度比优化结果

    Table  2.   Optimization results of the coulpling-tail shaft length ratio

    Lc/Ls V1/dB V2/dB V3/dB V4/dB
    优化前 0.8 119.3 120.1 116.2 122.5
    优化后 0.7 114.2 114.9 115.6 118.3
    衰减量 5.1 5.2 0.6 4.2
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    表  3  尾轴支承位置优化结果

    Table  3.   Optimization results of the tail shaft support position

    L1/mm L2/mm V1/dB V2/dB V3/dB V4/dB
    优化前 20 220 119.3 120.1 116.2 122.5
    优化后 50 260 118.8 117.5 113.9 119.7
    衰减量 0.5 2.6 2.3 2.8
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    表  4  支承刚度优化结果

    Table  4.   Optimization results of the support stiffness

    k1/(N/m) k2/(N/m) k3/(N/m) k4/(N/m) V1/dB V2/dB V3/dB V4/dB
    优化前 2.5×108 2.5×108 2.5×108 2.0×108 119.3 120.1 116.2 122.5
    优化后 2.5×108 3.0×108 3.5×108 2.5×108 117.8 116.6 112.7 117.9
    衰减量 1.5 3.5 3.5 4.6
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    表  5  整体匹配优化结果

    Table  5.   Optimization results of the overall matching

    Lc/Ls L1/mm L2/mm k1/(N/m) k2/(N/m) k3/(N/m) k4/(N/m) V1/dB V2/dB V3/dB V4/dB
    优化前 0.8 20 220 2.5×108 2.5×108 2.5×108 2.0×108 119.3 120.1 116.2 122.5
    优化后 0.75 130 360 2.0×108 3.0×108 3.0×108 3.0×108 111.0 112.3 109.6 113.3
    衰减量 8.3 7.8 6.6 9.2
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-09-29
  • 修回日期:  2025-11-04
  • 录用日期:  2025-11-06
  • 网络出版日期:  2026-01-15
图(5) / 表(5)

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